2025/06/09 更新

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ワタナベ セイヤ
渡辺 勢也
WATANABE SEIYA
所属
応用力学研究所 附属再生可能流体エネルギー研究センター 助教
エネルギー研究教育機構 (併任)
洋上風力研究教育センター (併任)
総合理工学府 総合理工学専攻(併任)
職名
助教
連絡先
メールアドレス
電話番号
0925837748
プロフィール
格子ボルツマン法による浮体式洋上風力タービンのウェイク解析,クラスター型風レンズ風車の性能評価,洋上ウィンドファームの風況解析を研究している.
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研究分野

  • エネルギー / 地球資源工学、エネルギー学

  • 情報通信 / 高性能計算

  • フロンティア(航空・船舶) / 船舶海洋工学

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 流体工学

学位

  • 博士(工学)

経歴

  • 九州大学 応用力学研究所 助教 

    2020年1月 - 現在

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    国名:日本国

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学歴

  • 東京工業大学   工学院  

    2016年4月 - 2019年3月

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    国名:日本国

研究テーマ・研究キーワード

  • 研究テーマ: 二相系格子ボルツマン法による浮体式洋上風力タービンのウェイクシミュレーション

    研究キーワード: 格子ボルツマン法,気液二相流,浮体式洋上風力タービン,ウェイク

    研究期間: 2024年4月

  • 研究テーマ: GPUコンピューティング

    研究キーワード: GPUコンピューティング

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ: クラスター型風レンズ風車のCFD解析

    研究キーワード: 格子ボルツマン法,風レンズ風車

    研究期間: 2022年1月

  • 研究テーマ: 格子ボルツマン法による洋上ウィンドファームの大規模シミュレーション

    研究キーワード: 格子ボルツマン法,洋上ウィンドファーム,大規模流体シミュレーション

    研究期間: 2021年10月

  • 研究テーマ: スーパーコンピュータ富岳における格子ボルツマン法の性能評価

    研究キーワード: 格子ボルツマン法,A64FX,富岳,高性能計算

    研究期間: 2020年11月 - 2023年3月

  • 研究テーマ: 格子ボルツマン法による潮流発電タービンのシミュレーション

    研究キーワード: 潮流発電タービン,CFD,格子ボルツマン法

    研究期間: 2020年10月 - 2022年3月

  • 研究テーマ: 格子ボルツマン法による氷海船舶のシミュレーションの研究

    研究キーワード: 氷海船舶,氷荷重,流体構造連成,格子ボルツマン法

    研究期間: 2020年1月 - 2022年6月

  • 研究テーマ: 自由界面に高解像度格子を適合させるAMR法の複数GPU計算の研究

    研究キーワード: AMR法,自由界面流れ,GPU,空間充填曲線,格子ボルツマン法

    研究期間: 2018年4月

  • 研究テーマ: AMR法に対する動的負荷分散の研究

    研究キーワード: 動的負荷分散,領域分割,AMR法,マルチフェーズフィールド法,並列計算

    研究期間: 2017年4月 - 2020年3月

受賞

  • ベストCFDグラフィックス・アワード

    2024年12月   日本流体力学会 第38回数値流体力学シンポジウム  

    下畑和希, 青木尊之, SHEN Dawei, 渡辺勢也, 瀧優太

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • ベストCFDグラフィックス・アワード

    2024年12月   日本流体力学会 第38回数値流体力学シンポジウム  

    青木尊之, 渡辺勢也, インイクイ, 瀧優太

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • 若手優秀講演フェロー表彰

    2024年9月   日本計算工学会 第29回計算工学講演会  

    渡辺勢也

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • グラフィクスアワード特別賞(Hexaon Digital Twin賞)

    2024年6月   日本計算工学会 第29回計算工学講演会  

    Tan Hong Guan, 青木尊之, 渡辺勢也, 岩田真明

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • グラフィクスアワード最優秀賞

    2024年6月   日本計算工学会 第29回計算工学講演会  

    吉川雅己, 渡辺勢也, 胡長洪

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

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論文

  • Numerical study of fractal-tree-generated non-equilibrium turbulence 査読

    Yin Y., Onishi R., Watanabe S., Segrovets I., Nagata K., Aoki T.

    Journal of Fluid Mechanics   1007   2025年3月   ISSN:00221120

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Fluid Mechanics  

    Self-similar fractal tree models are numerically investigated to elucidate the drag coefficient, non-equilibrium dissipation behaviour and various turbulence statistics of fractal trees. For the simulation, a technique based on the lattice Boltzmann method with a cumulant collision term is used. Self-similar fractal tree models for aerodynamic computations are constructed using parametric L-system rules. Computations across a range of tree-height-based Reynolds numbers, from 2500 to 120 000, are performed using multiple tree models. As per the findings, the drag coefficients of these models match closely with those of the previous literature at high Reynolds numbers . A normalization process that collapses the turbulence intensity across various tree models is formulated. For a single tree model, a consistent centreline turbulence intensity trend is maintained in the wake region beyond a Reynolds number of 60 000. The global and local isotropy analysis of the turbulence generated by fractal trees indicates that, at high Reynolds numbers , the distant wake can be considered nearly locally isotropic. The numerical results confirm the non-equilibrium dissipation behaviour demonstrated in previous studies involving space-filling fractal square grids. The non-dimensional dissipation rate does not remain constant; instead, it becomes approximately inversely proportional to the local Taylor-microscale-based Reynolds number,. We find significant one-point inhomogeneity, production and transverse transport of turbulent kinetic energy within the non-equilibrium dissipation near wake region.

    DOI: 10.1017/jfm.2025.82

    Scopus

  • 3-D DIRECT SIMULATION OF DRIFTWOOD ACCUMULATION IN A REAL RIVER FLOOD 査読

    Shen D., Aoki T., Watanabe S., Moriguchi S., Takase S., Sakuraba M.

    Journal of JSCE   12 ( 1 )   n/a   2024年12月   eISSN:21875103

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    記述言語:英語   出版者・発行元:公益社団法人 土木学会  

    Severe damage from river flooding carrying driftwood has become a critical problem. We have developed a code for 3-D simulations of water flows carrying a lot of driftwood by using the cumulant lattice Boltzmann method (LBM) coupled with the discrete element method (DEM). Adaptive mesh refinement (AMR) makes it possible to apply the code to large areas with a high-resolution mesh, and a GPU implementation greatly accelerates the computation. A small-scale water-tank experiment with a driftwood model showed that the computational results were in good agreement with the experiment results. For an actual river-flooding disaster that occurred on the Omoto River in Iwate Prefecture, Japan, we conducted two large-scale computations of large areas with a total of 1000 pieces of driftwood and a maximum resolution of 7.8125 [cm]. The simulation results identified three driftwood accumulation processes: trapping in narrow channels, hitting building corners, and stagnation in front of buildings.

    DOI: 10.2208/journalofjsce.24-00101

    Scopus

    CiNii Research

  • NUMERICAL STUDY OF FRACTAL-TREE-GENERATED TURBULENCE

    Yin Y., Onishi R., Watanabe S., Segrovets I.

    World Congress in Computational Mechanics and Eccomas Congress   2024年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:World Congress in Computational Mechanics and Eccomas Congress  

    We study the aerodynamics of fractal trees by using a simulation based on the Lattice Boltzmann Method with a cumulant collision term. We have applied L-system[1] rules to construct self-similar fractal tree models in aerodynamic computations. We found that the drag coefficient closely matches that of previous literature at high tree-height-based Reynolds numbers (Re<inf>H</inf> ≥ 60 000). A normalization process capable of collapsing turbulence intensity for various tree models is made. This process reveals that, at the same Reynolds number, different tree models exhibit the same behaviour in the turbulence intensity of their wake region. Our assessment of global and local isotropy in the turbulence generated by fractal trees reveals that the distant wake can be considered nearly locally isotropic at a high Reynolds number (Re<inf>H</inf> ≥ 60 000). Finally, the present numerical results confirm the non-equilibrium dissipation behaviour previously observed in the case of space-filling fractal square grids[2]. In the wake region, the non-dimensional dissipation rate C<inf>ϵ</inf> = constant is not valid. Instead, it is inversely proportional to the local Taylor-microscale-based Reynolds number, C<inf>ϵ</inf> ∝ 1/Re<inf>λ</inf> .

    Scopus

  • CFD simulation of a multi-rotor system using diffuser augmented wind turbines by lattice Boltzmann method 査読

    Watanabe S., Yoshikawa M., Hu C.

    Journal of Physics: Conference Series   2767 ( 7 )   2024年5月   ISSN:17426588

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:Journal of Physics: Conference Series  

    A diffuser-augmented wind turbine (DAWT) achieves greater power generation efficiency by increasing wind speed through the diffuser. Nevertheless, scaling up this technology is difficult because of the considerable amount of wind drag on the diffusers. To overcome this difficulty, a multi-rotor system with two or more wind turbines on the same structure is one approach to increasing wind turbine power output. This research proposes a computational fluid dynamics (CFD) method to evaluate the hydrodynamic performance of a large-scale multi-rotor system of DAWTs. Compared to conventional wind turbines, CFD simulations of DAWTs necessitate higher computational costs because of the need of high-resolution meshes for the diffuser. Furthermore, the computational cost of a multi-rotor system increases with the number of rotors. To address the issue of high computational cost, we use the Lattice Boltzmann Method (LBM), which is well suited to large-scale CFD simulations. A wind turbine is modeled as an actuator line model and a diffuser as a wall boundary. An adaptive mesh refinement approach generates higher resolution meshes near the rotor and diffuser. LBM simulations were conducted for a single DAWT and a multi-rotor system with five DAWTs. The LBM results of the wake velocity and pressure distributions were in agreement with those obtained from wind tunnel experiments and general CFD methods in earlier studies. To investigate the diffuser gap effects, we simulated five DAWTs with diffuser gaps of 5%-25% of the diffuser diameter. The power gain of each DAWT was assessed. Great performance improvements were found with diffuser gaps of 20% and 25% of the diffuser diameter. On average, the five DAWTs achieved a power gain of more than 10%. These findings confirmed the accurate evaluation capability of the proposed CFD method for hydrodynamic characteristics of multi-rotor systems using DAWTs.

    DOI: 10.1088/1742-6596/2767/7/072002

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  • Lattice Boltzmann simulation for wake interactions of aligned wind turbines using actuator line model with turbine control 査読

    Watanabe S., Hu C.

    Journal of Physics: Conference Series   2767 ( 5 )   2024年5月   ISSN:17426588

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:Journal of Physics: Conference Series  

    A wind turbine wake causes a decrease in wind speed and an increase in turbulence intensity. The wind turbine wake interaction is essential for predicting the power output of a wind farm consisting of many wind turbines. This research proposes a CFD method able to reproduce wake interactions and power outputs of multiple wind turbines with high speed and accuracy. Large eddy simulations with the lattice Boltzmann method are used for fluid calculations, specifically for large-scale CFD simulations. The wind turbines are represented using an actuator line model. Optimal power generation efficiency is achieved by controlling the rotor speed and blade pitch angle. Large-scale simulations of eight aligned wind turbines are conducted using 1.75 billion grid points and 40 GPUs. We compare two cases with and without control to investigate the effect of turbine control on wake and power output. Both the instantaneous and mean streamwise velocities confirm that the turbine control reduces the wake velocity deficit of the downwind wind turbine. High-speed inflow of wind to the downstream turbines augments their power output. With implementation of turbine control, the power outputs of the downstream turbines agree well with the observation data obtained in an earlier study. The results demonstrate the importance of controlling the rotational speed and pitch angle for actuator line simulations.

    DOI: 10.1088/1742-6596/2767/5/052020

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講演・口頭発表等

  • Efficient Gas Entrainment Simulation for Fast Reactors using Two-phase Lattice Boltzmann Method

    Yos Panagaman Sitompul, Kenta Sugihara, Seiya Watanabe, Yasuhiro Idomura

    第38回数値流体力学シンポジウム  2024年12月  日本流体力学会

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

  • 巨岩を多数含んだ土石流のAMR法を用いた3次元シミュレーション

    下畑 和希, 青木 尊之, Yos Sitompul, 渡辺 勢也

    第38回数値流体力学シンポジウム  2024年12月  日本流体力学会

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

  • AMR-LBM法によるスピードスケート・パシュート隊列の空力解析

    瀧 優太, 青木 尊之, 渡辺 勢也, Tan Hong Guan, 木村 裕也, 山辺 芳

    第38回数値流体力学シンポジウム  2024年12月  日本流体力学会

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

  • 空飛ぶクルマのフリーフライト・シミュレータによる墜落シミュレーション

    青木 尊之, イン イクイ, 渡辺 勢也

    第38回数値流体力学シンポジウム  2024年12月  日本流体力学会

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

  • A Simulation for Free-surface Flow including 1000 Pieces of Driftwood with AMR Method

    Dawei Shen, Takayuki Aoki, Joji Shima, Seiya Watanabe

    第38回数値流体力学シンポジウム  2024年12月  日本流体力学会

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

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産業財産権

特許権   出願件数: 1件   登録件数: 0件
実用新案権   出願件数: 0件   登録件数: 0件
意匠権   出願件数: 0件   登録件数: 0件
商標権   出願件数: 0件   登録件数: 0件

所属学協会

  • 日本風力エネルギー学会

    2022年12月 - 現在

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  • 日本船舶海洋工学会

    2020年3月 - 現在

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  • 日本機械学会

    2016年8月 - 2024年12月

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  • 日本計算工学会

    2015年3月 - 現在

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学術貢献活動

  • Local Organizing Committee 国際学術貢献

    役割:企画立案・運営等

    APCOW2024  2024年11月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • Organizing Committee 国際学術貢献

    役割:企画立案・運営等

    IWACOM-IV  2024年9月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • オーガナイズドセッション オーガナイザー

    第29回計算工学講演会  ( つくば国際会議 ) 2024年6月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • 学術論文等の審査

    役割:査読

    2024年

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    種別:査読等 

    日本語雑誌 査読論文数:1

    国際会議録 査読論文数:0

    国内会議録 査読論文数:0

  • Session chair 国際学術貢献

    ADVANCES IN COMPUTATIONAL MECHANICS (ACM 2023)  ( The University of Texas at Austin UnitedStatesofAmerica ) 2023年10月

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    種別:大会・シンポジウム等 

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 格子ボルツマン法による浮体式洋上風車の大規模超並列流体シミュレーション

    研究課題/領域番号:25K17786  2025年4月 - 2028年3月

    科学研究費助成事業  若手研究

    渡辺 勢也

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    資金種別:科研費

    CiNii Research

  • 洋上ウィンドファームの発電量予測のための高性能CFDツールの開発

    研究課題/領域番号:22K14181  2022年 - 2023年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究

    渡辺 勢也

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

    洋上ウィンドファームの発電量予測には、各風車が形成するウェイクが後続の風車に与える影響を精度よく評価することが重要な課題である。本研究では、大規模CFDに適した格子ボルツマン法を用いることで、従来よりも高い格子解像度、かつ少ない計算リソースで洋上ウィンドファームを解析可能な高性能CFDツールの開発と発電量予測性能の向上を目的とする。風車ブレードを点群で表現するアクチュエータラインモデルを格子ボルツマン法に適用する。気象モデルと格子ボルツマン法をデータ同化により連携し、現実的な風況を再現する。風況を変えた様々な条件下の解析を実施し、開発ツールの有用性を示す。

    CiNii Research

  • 自由界面を含む混相流の革新的数値流体シミュレーション

    研究課題/領域番号:19H05613  2020年 - 2024年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(S)

    青木 尊之, 森口 周二, 松下 真太郎, 橋本 博公, 肖 鋒, 高木 知弘, 白崎 実, 渡辺 勢也

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    担当区分:研究分担者  資金種別:科研費

    自由界面を含む非圧縮性(低マッハ数)の混相流に対し、弱圧縮性流体計算手法、AMR法や動的負荷分散などの高性能計算技術を導入する革新的な数値シミュレータを開発し、100nm~1kmにわたる3つの実問題 ①多量の瓦礫や流木を含んだ流れの自然災害、②液膜ダイナミクスおよび泡沫の生成・崩壊、③粒子間の液架橋を直接計算する固気液分散系の低水分スラリーに適用する。GPUスパコン等で大規模計算を実行することにより詳細モデルで解きながらマクロな性質を導き出し、大量の瓦礫や流木の補足や構造物への衝撃、液膜や泡沫の生成・崩壊、スラリーの粘弾性特性など、混相流の流体力学における新しい知見を得る。

    CiNii Research

  • 固気液混相流のエクサスケール直接シミュレーション

    2017年 - 2018年

    日本学術振興会  特別研究員

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    資金種別:共同研究

教育活動概要

  • 大学院総合理工学府総合理工学専攻(Ⅲ類)機械・システム理工学メジャーにおいて大学院生の協力指導を行っている.

その他部局等における各種委員・役職等

  • 2020年4月 - 2022年3月   その他 応用力学研究所 出版・広報委員会